中國網(wǎng)5月12日訊 西班牙《世界報》5月10日報道：黑洞之謎
但二戰(zhàn)加大了他的工作難度。當(dāng)愛因斯坦發(fā)表闡述其引力場方程理論的文章時，史瓦西正在俄羅斯的戰(zhàn)場上負責(zé)計算炮彈的軌跡。他自愿加入德意志帝國的軍隊，但他的工作實際上微乎其微，在閱讀了愛因斯坦的工作成果后，他就立即將新的公式應(yīng)用在宇宙對象中。
最終的結(jié)論來得很快。在1916年1月——相對論發(fā)表后僅僅三個月——史瓦西將他的計算結(jié)果寄給了愛因斯坦?！拔腋铱隙?，這將在最大程度上支持他的理論?！彼诘露斫粦?zhàn)前線寫道。
但是，并非所有都符合史瓦西的計算。他的結(jié)果側(cè)重于恒星外部和內(nèi)部的時空曲率。然而在他的結(jié)論中，有一部分是愛因斯坦絕不會同意的。如果恒星的總質(zhì)量被壓縮到一個足夠小的空間，時空曲線會無限彎曲。而在這個小空間內(nèi)將會發(fā)生的是——科學(xué)歷史指出——沒有什么能夠逃脫引力，甚至光線也不可以。同時時間也會受到影響，將擴展到零。換句話說，如果一個人在密度過大的對象附近時，在外部觀察者的眼中，這時的時間是凍結(jié)的。
根據(jù)他的計算，如果太陽的質(zhì)量被壓縮到三公里以內(nèi)的半徑中，或?qū)⒌厍虻馁|(zhì)量集中在兩英寸的彈珠內(nèi)，這是會發(fā)生的。根據(jù)愛因斯坦的理論，這是根本不可能的。但他們誰都沒有時間證明他們所說的就是黑洞。史瓦西在向愛因斯坦寫信的幾個星期后死于一種免疫疾病，那種疾病襲擊了他的皮膚細胞。史瓦西去世之后，在60年代，其他科學(xué)巨人如斯蒂芬·霍金，羅杰·彭羅斯，約翰·惠勒和弗里曼·戴森表明他的怪論可能是正確的。
與其他學(xué)科領(lǐng)域不同的是，物理學(xué)家通常其理論最好的“販賣者”，有時他們的名字是營銷產(chǎn)品成功的真正因素。根據(jù)哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)教授布賴恩·格林在他的書《隱藏的現(xiàn)實》中披露的，事實上，由黑洞產(chǎn)生的引力深淵甚至可以捕捉光線，這意味著宇宙中的這些區(qū)域都隱藏在黑案例，因此，史瓦西的結(jié)果被命名為“暗星”。根據(jù)其結(jié)果還有人建議起名為“冷凍星”。但直到半個世紀之后，約翰·惠勒——普林斯頓大學(xué)理論物理學(xué)家，曼哈頓計劃核裂變的先驅(qū)之一，決定了了原子彈的發(fā)展方向——才開始研究這些超密集的宇宙天體。
目前在宇宙中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾十個黑洞，幾乎每一周科學(xué)界在這些密集的宇宙天體的研究上都有新的突破。正像著名物理學(xué)家弗里曼·戴森解釋的那樣，“黑洞并不少見，它們不是宇宙偶然的裝飾品。黑洞是宇宙中唯一愛因斯坦的相對論可以顯示其力量和榮耀的地方?！?/p>
然而，盡管據(jù)他的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)過去了近100年，盡管科學(xué)家們十分努力，對于黑洞還有許多未知之處。
對于公眾來說這可能聽起來很可怕：一個宇宙“下水道”能夠吞噬所有的物質(zhì)，沒有任何東西可以逃脫，并且在每一個星系都有黑洞。
黑洞已經(jīng)在一些地方被檢測到，如距離地球超過13萬光年的麥哲倫云。在銀河系也有。事實上，有一個是太陽質(zhì)量的400萬倍的巨大黑洞，被稱為人馬座A *，就在銀河系的中心。
“在銀河系有100,000億顆恒星，它們都圍繞這個夢幻般的黑洞旋轉(zhuǎn)?！奔幽抢簫u天體物理研究所研究員豪爾赫·卡薩雷斯說，“要有這么多引力來束縛這些恒星行星，必須有一個人馬座A *黑洞，或者更大的黑洞存在?！?/p>
今年早些時候，兩個最優(yōu)秀的研究、追蹤暗物質(zhì)小組——由安德烈亞·蓋茨領(lǐng)導(dǎo)的洛杉磯加州大學(xué)（UCLA）小組和由史蒂芬·吉勒森領(lǐng)導(dǎo)的來自德國馬克斯普朗克學(xué)院的地球物理小組，宣布稱，天文學(xué)家終于能夠參加一個人馬座A *的宇宙宴會：觀測表明，2014年3月或4月一個氣體云將會以最近距離經(jīng)過黑洞，并會在幾天之內(nèi)被吞噬。
但是這件天體物理學(xué)界期待已久的事最終并沒有發(fā)生。所有預(yù)測都失敗了。上周，安德烈亞·蓋茨公布了交換系統(tǒng)上的通信《天文學(xué)家的電報》，聲稱到達人馬座A *最近點的氣體云G2-仍然完整無缺。即使在最接近的點，氣體云和黑洞之間的距離仍然是地球到太陽的200倍距離。
巴塞羅那大學(xué)黑洞研究人員馬克·力波解釋說，在后續(xù)的觀察中發(fā)現(xiàn)了一個點光源，這表明G2可能是一個氣體云，但正圍繞恒星運動。
科學(xué)預(yù)測表明，黑洞在銀河系中心產(chǎn)生的巨大引力可引起氣體云以每秒數(shù)千公里的速度運動。也就是說照這樣的速度，不到一秒鐘的時間就可以從美國到西班牙。然而，在氣體云中可能存在的恒星的引力可以使G2免于被黑洞吞噬。
“在G2中仍有一部分氣體被它撕開。”安德烈亞·蓋茨說，“但它最終會與人馬座A *相撞，甚至包括它內(nèi)部的恒星。問題只是我們可以觀察到事件的何種程度?！?/p>
盡管如此也已經(jīng)失去了唯一的機會，來證實愛因斯坦相對論中預(yù)測的理論以及卡爾·史瓦西在1916年蘇聯(lián)戰(zhàn)場中的研究發(fā)現(xiàn)。
具有諷刺意味的是，盡管現(xiàn)在天體物理學(xué)家迫切地想要研究出銀河系中心的物質(zhì)，但人馬座A *距離地球有26,000光年，所以科學(xué)家們正在研究的事實際發(fā)生于26000年前。
對于天體物理學(xué)家，雖然失去了一次機會，但這也不是世界末日。“有可能是我們生命中的另一個機會。”力波說，“如果它發(fā)生在15年前，因為觀測儀器的限制，我們還無法看到?！钡拇_，空間觀測技術(shù)在最近幾年的進步飛速。不僅體現(xiàn)在不同直徑的大型望遠鏡在智利的阿塔卡馬沙漠和夏威夷的建設(shè)，也體現(xiàn)在作為其他技術(shù)的基礎(chǔ)支持，加深神秘黑洞的研究。
事實上，黑洞巨大的引力拖拽著光的基本粒子：光子，使其不發(fā)出任何信號，他們是不可能自行檢測到的?！昂诙纯梢栽诨顒与A段被檢測到：當(dāng)它吞噬物質(zhì)的時候?！笨ㄋ_雷斯說。如果黑洞在靜止的狀態(tài)時沒有警報，“我們什么也看不到?！彼f。
然而，不論吞噬何種宇宙對象時，都會產(chǎn)生巨大的引力使物質(zhì)的速度接近光速。當(dāng)這種情況發(fā)生時就會看到類似煙花的物質(zhì)碎片，這是黑洞吞噬恒星或附近的氣體云發(fā)射出的X射線等輻射時產(chǎn)生的。目前的天文儀器可探測數(shù)萬光年的距離。
當(dāng)吸積發(fā)生在由圓面物質(zhì)形成的黑洞中，并且彈射出的流垂直于圓面時，天體物理學(xué)家可以看到煙花。
“除了紅外望遠鏡或X射線望遠鏡外，這些研究結(jié)果已成為可能。這要歸功于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)能夠糾正圖像中使恒星變形的大氣湍流。”卡薩雷斯說?！斑@就像是能夠在太空中穿越層層大氣，找到智利阿塔卡馬沙漠中超大望遠鏡（VLT）的位置?！?/p>
超大質(zhì)量的黑洞對公眾有極大的吸引力。但天體物理學(xué)家們通常只是發(fā)現(xiàn)一些較小的黑洞——太陽質(zhì)量的五至十倍——它通常正在吞噬一個恒星，因為這樣物理學(xué)家才觀察的到。根據(jù)科學(xué)家的觀點，如果一個黑洞的質(zhì)量等于太陽的三倍，它就好像是一個中子星。
到目前為止，科學(xué)界已經(jīng)確定了20個黑洞。一個由豪爾赫·卡薩雷斯和馬克·力波參與的西班牙研究小組發(fā)現(xiàn)了這20個黑洞之中的6個?！拔覀兠磕昕梢钥吹酱蟾艃蓚€黑洞吸積事件?！笨ㄋ_雷斯說?！斑@是在小型黑洞中比較容易看到的事。”力波解釋說。
在超新星中一顆恒星的爆炸可能會導(dǎo)致黑洞，事實上，這已經(jīng)被科學(xué)家觀察到了。但如何形成太陽質(zhì)量數(shù)百萬倍、甚至幾十億倍的黑洞仍然是一個謎?！坝行┖诙词志薮螅茰y可能有幾千億個太陽的質(zhì)量，它們形成于宇宙的起源時期，由超巨大的恒星或超新星爆炸而成?！笨ㄋ_雷斯說。宇宙中新生的黑洞群可以解釋像人馬座A *這樣巨大的存在。
另一個謎團是為什么黑洞的質(zhì)量如此多變：有些小型黑洞只有約太陽質(zhì)量的5至10倍，而另一些大型的則為太陽質(zhì)量的數(shù)百萬倍，目前并沒有證據(jù)顯示有中型黑洞，即其質(zhì)量是太陽質(zhì)量的100至1,000倍。還太多的未知數(shù)。但在天體物理學(xué)和理論物理學(xué)領(lǐng)域的前沿還有更加復(fù)雜的事。在某種程度上，黑洞在宇宙中的角色與另一個物質(zhì)十分相似：暗物質(zhì)。
接下來的一年，事件視界望遠鏡 （Event Horizon Telescope）項目，倡議建立一個全球觀測網(wǎng)絡(luò)以研究人馬座A *的現(xiàn)周圍環(huán)境，將達到足夠的分辨率來區(qū)分光被拉入黑洞時，何時會停止在神秘的暗物質(zhì)暈周圍。
就在三天前，來自美國的一個科研小組在銀河系的研究中前進了一步。該小組發(fā)現(xiàn)，有一恒星行在以每小時近兩百萬英里的速度行進，這可能揭示了銀河系中最黑暗的秘密。“我們看不到的暗物質(zhì)暈，但它的引力確實作用于恒星?！毖芯康闹饕髡撸q他大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)教授鄭錚說。
專家介紹，偏離預(yù)期的這個神秘的光環(huán)可能表明愛因斯坦的引力理論需要修改。但這樣說還是為時過早。在2018年，一個名為So-2的恒星將可能已最近距離經(jīng)過銀河系中心的巨大黑洞，也就是先前G2氣體云經(jīng)過的那個黑洞。這顆恒星的軌道可以測試出愛因斯坦的方程式是否正確地描述出重力在巨大黑洞附近時的數(shù)據(jù)。那個時候，偉大的德國物理學(xué)家的理論和卡爾·史瓦西的數(shù)學(xué)計算已經(jīng)過去了100年。并且，在那個時候，黑洞仍然是宇宙物理學(xué)界偉大的奧秘之一。（實習(xí)編譯：石劍）
